機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 緒論 第1章(修改)

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)機(jī)械工程學(xué)院

姜志明緒論1、機(jī)械制造業(yè)和制造技術(shù)的重要性（1）機(jī)械制造業(yè)是國家工業(yè)體系的重要基礎(chǔ)和國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，是衡量一個(gè)國家科技水平的重要標(biāo)志之一；（2）制造技術(shù)是參與國際經(jīng)濟(jì)竟?fàn)幰环N重要手段?；A(chǔ)機(jī)械、基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工藝的發(fā)展，其關(guān)鍵在于制造技術(shù)的發(fā)展；（3）第三次科技革命離不開現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展；第三次科技革命是人類文明史上繼蒸汽技術(shù)革命和電力技術(shù)革命之后科技領(lǐng)域里的又一次重大飛躍。它以原子能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場信息控制技術(shù)革命。在國防中舉足輕重航空母艦：制造業(yè)的顛峰2、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展方向⑴設(shè)備：向數(shù)控技術(shù)，精密，超精密，高速，超高速方向發(fā)展；

普通設(shè)備加工精度

10μm(0.01mm)

精密加工

1

μm

超精密加工

0.1

μm⑵刀具材料：向超硬，高硬度，耐熱方向發(fā)展；⑶生產(chǎn)規(guī)模：向大批量，變批量，多品種方向發(fā)展⑷生產(chǎn)方式：向柔性自動(dòng)化，智能自動(dòng)化方向發(fā)展⑸提倡綠色制造技術(shù)目前研究熱點(diǎn)超高速切削精密及超精密加工、微細(xì)加工和納米級(jí)加工復(fù)雜曲面加工，復(fù)雜刀具CAD/CAM新型高難加工材料的切削加工新型刀具材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)自動(dòng)化加工中刀具可靠性研究切削過程在線檢測、監(jiān)控和預(yù)報(bào)其它新型加工方法，如：基于環(huán)保意識(shí)的綠色干切削、硬切削、低溫切削、加熱切削、振動(dòng)切削等3、本課程的性質(zhì)、研究內(nèi)容及作用性質(zhì)：是機(jī)械類各專業(yè)的主干專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。研究內(nèi)容：金屬切削原理、金屬切削機(jī)床與刀具、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理以及機(jī)械制造工藝（包括機(jī)械加工和裝配）以及機(jī)械加工精度和表面質(zhì)量的分析與控制。作用決策階段機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程(三個(gè)階段)設(shè)計(jì)與研究階段制造階段根據(jù)市場需求做出產(chǎn)品生產(chǎn)決策信息信息產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究工藝規(guī)程設(shè)計(jì)工藝裝備設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備毛坯準(zhǔn)備機(jī)械加工裝配調(diào)試產(chǎn)品市場工藝規(guī)程設(shè)計(jì)工藝裝備設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備毛坯準(zhǔn)備產(chǎn)品機(jī)械加工裝配調(diào)試各種工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和工藝文件的制訂及編制

各種夾具、模具、專用刀具、工具、工位器具、專用機(jī)床設(shè)備的設(shè)計(jì)

原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件等的采購

外協(xié)制造件的調(diào)研、商談簽訂協(xié)議等

工藝裝備的制造、標(biāo)準(zhǔn)刀具的采購、設(shè)備調(diào)試數(shù)控編程等

生產(chǎn)計(jì)劃制訂、協(xié)調(diào)等

課程的特點(diǎn)涉及面廣、綜合性強(qiáng)、靈活性大、實(shí)踐性強(qiáng)；與許多課程所講述的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)都有聯(lián)系，內(nèi)容豐富，學(xué)習(xí)時(shí)要融會(huì)貫通，切忌生搬硬套！重視實(shí)踐環(huán)節(jié)積累的知識(shí)，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際。課程的學(xué)習(xí)要求（1）以金屬切削理論為基礎(chǔ)，要求掌握金屬切削的基本原理和基本知識(shí)，并有根據(jù)具體情況合理選擇加工方法（機(jī)床、刀具、切削用量、切削液等）的初步能力；（2）掌握機(jī)械加工的基礎(chǔ)理論和知識(shí)：如定位理論、工藝尺寸鏈理論、加工精度理論等。（3）了解影響加工質(zhì)量的各種因素，學(xué)會(huì)分析研究加工質(zhì)量的方法；（4）學(xué)會(huì)制定零件機(jī)械加工工藝過程的方法；（5）掌握機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法。學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)時(shí)安排§1(6)；§2(10)；§3(14)；§5(12)；§7(7)；§8(5)；§9(4)考核辦法

平時(shí)成績占30%:考勤和課堂紀(jì)律10%;課外作業(yè)等20%

。期末閉卷考試：70%。

第一章金屬切削過程的基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)一、基本定義切削運(yùn)動(dòng)的概念、切削用量三要素、刀具標(biāo)注角度的參考系（基面、切削平面、主剖面）、刀具(外圓車刀、端面車刀、切斷刀)角度的標(biāo)注，切削層參數(shù)等。二、刀具材料

刀具材料應(yīng)具備的性能（5個(gè)方面的性能），兩種常用的刀具材料（高速鋼、硬質(zhì)合金）的牌號(hào)、性能特點(diǎn)、應(yīng)用場合。了解其它刀具材料?！?.1基本定義切削加工須具備的三個(gè)條件：①工件與刀具之間要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)——切削運(yùn)動(dòng)（由切削機(jī)床完成）。②刀具材料必須具備一定的切削性能。③刀具必須有合理的幾何參數(shù)——刀具的角度。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)——機(jī)床、夾具、刀具和工件，構(gòu)成一個(gè)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。切削過程的各種現(xiàn)象和規(guī)律都在這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中去研究。一、切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

1.工件的加工表面待加工表面——即將被切去金屬層的表面；加工表面——切削刃正在切削著的表面；已加工表面——已經(jīng)切去一部分金屬形成的新表面。平面刨削的切削運(yùn)動(dòng)及工件上三表面課堂問題：指出鉆、銑削的切削運(yùn)動(dòng)及工件上三個(gè)表面。待加工表面已加工表面加工表面已加工表面加工表面2.切削運(yùn)動(dòng)*⑴主運(yùn)動(dòng)

——切削時(shí)最主要的、速度最高、消耗動(dòng)力最多的運(yùn)動(dòng)。（如圖1.3中的Vc）說明：主運(yùn)動(dòng)是刀具與工件之間產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可由刀具，也可由工件實(shí)現(xiàn)；主運(yùn)動(dòng)可是直線運(yùn)動(dòng)，也可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；切削加工中，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)一般只有一個(gè)(唯一性)。⑵進(jìn)給運(yùn)動(dòng)——使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。它是刀具與工件之間產(chǎn)生的附加運(yùn)動(dòng)（如圖1.3中的

Vf）。說明：（a）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通常消耗功率較小，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)或幾個(gè)，甚至沒有（如拉削）；它可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。拉削加工（b）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可是直線運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或兩者的組合，可由刀具或工件完成。

⑶合成切削運(yùn)動(dòng)與合成切削速度——主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成的運(yùn)動(dòng)稱合成切削運(yùn)動(dòng)；刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件的合成切削運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度稱為合成切削速度。(如圖1.3中的Ve)常見加工方法的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)3.切削用量三要素*(vc、f、ap)(1)切削速度vc

——刀具切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)工件沿主運(yùn)動(dòng)方向的瞬時(shí)速度(如圖1.3中的vc)。當(dāng)主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)(如車、鏜、鉆、銑、磨等)：（m/min或m/s）進(jìn)給量f、進(jìn)給速度vf進(jìn)給量——在主運(yùn)動(dòng)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)或每一行程時(shí)，刀具在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。根據(jù)加工方法的不同，進(jìn)給量有三種表達(dá)方式：工件或刀具回轉(zhuǎn)(車、鏜、鉆)時(shí)：進(jìn)給量的含義為工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具相對(duì)工件沿進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)位移，用f表示，單位mm/r。對(duì)于刨、插削等主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的加工，進(jìn)給量的單位為mm/d.st。對(duì)于銑刀、鉸刀、滾刀等多刃刀具，規(guī)定每一個(gè)刀齒的進(jìn)給量時(shí)，用fz

表示，單位為mm/z。進(jìn)給速度

vf

——切削刃上選定點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。單位：mm/min或mm/s。進(jìn)給速度與進(jìn)給量的關(guān)系：

vf=f·n=fz·z·n(3)背吃刀量

ap——車削和刨削時(shí)，背吃刀量為工件上已加工表面和待加工表面間的垂直距離。鉆削時(shí)：

二、刀具切削部分的基本定義1.刀具切削部分的構(gòu)造要素主后刀面Aa——是指與工件加工表面相對(duì)的刀具表面。副后刀面Aa`——指與工件已加工表面相對(duì)的刀具表面。(3)切削刃——主切削刃指前刀面與主后刀面相交的鋒邊；副切削刃指前刀面與副后刀面相交的鋒邊。車刀的組成（“三面兩刃一尖”）(1)前刀面Ar

——是切屑流出的表面;

(2)后刀面——分為主后刀面與副后刀面

;(4)

刀尖——可以是主、副切削刃的實(shí)際交點(diǎn)，也可以是圓弧或直線（通常稱為過渡刃）。焊接式車刀機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位車刀2.刀具標(biāo)注角度的參考系(刀具靜止參考系)刀具的工作角度（實(shí)際角度）——把刀具同工件和實(shí)際切削運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來確定的刀具角度。它是刀具在使用狀態(tài)下的工作角度。刀具的標(biāo)注角度（刃磨角度）——設(shè)計(jì)、制造和刃磨刀具時(shí)所標(biāo)注的角度。它是刀具在設(shè)計(jì)圖紙上所標(biāo)注的角度。兩個(gè)假定條件：假定運(yùn)動(dòng)條件——首先給出刀具的假定主運(yùn)動(dòng)方向和假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向；其次假定進(jìn)給速度值很小，可以用主運(yùn)動(dòng)向量vc近似代替合成速度向量ve；該假定的實(shí)質(zhì)：不考慮進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響，即設(shè)vf

=0。假定安裝條件——刀具的安裝位置處于“標(biāo)準(zhǔn)”位置。即忽略刀具安裝位置變化對(duì)刀具角度的影響！刀具標(biāo)注角度參考系的構(gòu)成：(1)基面Pr通過切削刃上選定點(diǎn)，垂直假定主運(yùn)動(dòng)方向的平面。(2)切削平面Ps通過主切削刃上選定點(diǎn)，與主切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。也就是主切削刃（或過選定點(diǎn)的切線）與切削速度方向（假定主運(yùn)動(dòng)方向）構(gòu)成的平面。注意：基面Pr和切削平面Ps是十分重要的兩個(gè)平面，它們是參考系中兩個(gè)基本的參考平面，又稱“基本參考平面”?！盎緟⒖计矫妗迸c不同的“測量平面”組合就構(gòu)成了不同的刀具標(biāo)注角度參考系。(3)主剖面Po和主剖面參考系主剖面Po是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。由Pr

－Ps－Po組成一個(gè)正交的參考系稱為主剖面參考系。主剖面參考系

(4)法剖面Pn和法剖面參考系法剖面Pn是通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于切削刃的平面。

Pr-Ps-Pn組成法剖面參考系。(5)進(jìn)給剖面Pf和背平面Pp及進(jìn)給、背平面參考系進(jìn)給剖面Pf是通過切削刃選定點(diǎn)，平行于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向并垂直于基面Pr的平面。背平面Pp是通過切削刃選定點(diǎn)，同時(shí)垂直于Pr和Pf的平面。

Pr

-Pf-Pp組成一個(gè)進(jìn)給、背平面參考系。3.刀具的標(biāo)注角度*

刀具標(biāo)注角度——在刀具的標(biāo)注角度參考系中確定的切削刃與刀面的方位角度，稱為刀具標(biāo)注角度。亦即在刀具工作圖上需要標(biāo)注的角度。在不同的參考系中，所標(biāo)注的角度有所不同。(1)主剖面參考系中的標(biāo)注角度*

①主偏角κr——在基面中測量的，主切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。κr(1)主剖面參考系中的標(biāo)注角度*

①主偏角κr——在基面中測量的，主切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。②刃傾角λs——在切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。κrλs刃傾角的符號(hào)及其對(duì)排屑方向的影響(1)主剖面參考系中的標(biāo)注角度*

①主偏角κr——

在基面中測量的，主切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。②刃傾角λs

——

在切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角。③前角γ0

——前刀面與基面之間的夾角（在主剖面中測量）。④后角α0

——后刀面與切削平面之間的夾角（在主剖面中測量）。κrλsγ0α0前角γ0

和后角α0正、負(fù)號(hào)的規(guī)定⑤副偏角κr′——在基面中測量的，副切削刃的投影與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的夾角。⑥副后角α0′——副后刀面與過副切削刃的切削平面Ps′之間的夾角。κrλsγ0α0κr′α0主偏角κr、刃傾角λs

、前角γ0

、后角α0

、副偏角κr′、

副后角α0′是車刀在主剖面參考系中必須標(biāo)注的6個(gè)基本角度。根據(jù)需要還可標(biāo)注以下角度（派生角度）：⑦楔角β0——主剖面中測量的前、后刀面間夾角。β0

＝90°－(γ0＋α0)⑧刀尖角εr

——基面中測量的主、副切削刃在基面內(nèi)投影間的夾角。εr

＝180°－(κr＋κr′)κrλsγ0α0κr′α0β0εr刀具角度標(biāo)注舉例f刀具角度標(biāo)注舉例切斷（切槽）刀具角度標(biāo)注右偏刀車端面的標(biāo)注角度車槽刀的標(biāo)注角度刀具角度標(biāo)注舉例(2)法剖面參考系中的標(biāo)注角度在基面和切削平面內(nèi)標(biāo)注的角度主偏角κr、刃傾角λs

、副偏角κr′與主剖面參考系相同。只需將主剖面內(nèi)標(biāo)注的角度前角γ0

、后角α0

、

副后角α0′改在法剖面內(nèi)標(biāo)注法前角γn

、法后角αn

、法向副后角αn′即可。法剖面參考系中的標(biāo)注角度前角γ0

與在法剖面內(nèi)前角γn的關(guān)系圖1.13不同參考系刀具角度標(biāo)注比較三、刀具角度的換算(自學(xué))

四、刀具的工作角度、工作角度參考系

與刀具標(biāo)注角度參考系的區(qū)別：用Ve取代Vc。用實(shí)際進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向取代假定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。在刀具工作角度參考系中：工作基面Pre

通過切削刃選定點(diǎn)，垂直于該點(diǎn)合成切削運(yùn)動(dòng)方向的平面。(2)工作切削平面Pse

通過切削刃選定點(diǎn)，與切削刃相切，并垂直于工作基面Pre的平面。也就是切削刃（或過選定點(diǎn)的切線）與合成切削速度Ve方向構(gòu)成的平面。顯然Pre⊥Pse

。1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對(duì)工作角度的影響⑴橫車（橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響）由于基面位置的變化導(dǎo)致:工作前角γ0e

↑工作后角α0e

↓γ0e=γ0+ηα0e=α0－η

tgη=vf/vc

=f/πdVeVfVc討論：

tgη=vf/vc=f/πd式中：f——刀具橫向進(jìn)給量，mm/r。

d——切削刃上選定點(diǎn)在橫向進(jìn)給時(shí)的切削直徑。①當(dāng)f一定時(shí)，越接近工件中心，d值越小，η急劇增加，由α0e=α0－η可知，α0e將變?yōu)樨?fù)值。

②當(dāng)f增大時(shí)，η增大，α0e也可能變成負(fù)值。

(2)縱車（縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的影響）由于基面位置的變化導(dǎo)致:工作前角γfe↑工作后角αfe↓γfe=γf+ηαfe=αf－η

tgη=vf/vc

=f/πdw討論：

tgη=vf/vc=f/πdw式中：f——刀具縱向進(jìn)給量，mm/r。

dw——切削刃上選定點(diǎn)在A點(diǎn)時(shí)工件待加工表面直徑。將上述角度換算至主剖面內(nèi)，得tgη0=tgη·sinκr

γ0e=γ0+η0由上式可知：η值不僅與進(jìn)給量f有關(guān)，也同工件直徑dw有關(guān)，dw越小，角度變化值越大。實(shí)際上，一般外圓車削的η值很小，可以忽略不計(jì)。但在車螺紋、蝸桿，尤其是多頭螺紋或蝸桿時(shí)，η的數(shù)值很大，必須進(jìn)行工作角度計(jì)算。加工時(shí)，刀具常采用“法向安裝”。車刀的“法向安裝”2.刀具安裝對(duì)工作角度的影響⑴刀尖安裝高低對(duì)工作角度的影響車削時(shí)：應(yīng)用：粗車外圓：刀尖高于工件中心，增大前角，降低切削力

精車外圓：刀尖低于工件中心，增大后角，減少后刀面磨損

車成形面：刀尖與工件中心等高，避免誤差分析：當(dāng)?shù)都獍惭b的高于工件中心線時(shí)工作切削平面將變?yōu)镻se,工作基面變?yōu)镻re；工作角度γpe增大，αpe減小。在背平面(P－P為標(biāo)注背平面)內(nèi)角度變化值為θp：當(dāng)?shù)都獾陀诠ぜ行臅r(shí)，上述計(jì)算公式符號(hào)相反；鏜孔時(shí)的計(jì)算公式同外圓車削相反。課堂問題：鏜孔時(shí)，當(dāng)鏜刀刀尖安裝得高于或低于工件中心線時(shí)，工作前角和工作后角的變化如何？⑵刀桿安裝傾斜對(duì)工作角度的影響車刀刀桿與進(jìn)給方向不垂直時(shí)，工作主偏角κre和工作副偏角κre′將發(fā)生變化：中心線安裝偏斜對(duì)工作角度的影響

五、切削層參數(shù)